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摘要：随着建筑类经济快速的发展，工业建筑应用钢结构的越来越多。防止结构失稳，是钢结构设计中应充分注意的问题。本文阐述了钢结构的特性及在建筑上的应用，并对其稳定性的设计进行分析，根据设计经验进行总结，为后续设计施工提供技术支持。
关键词： 刚结构；稳定性；设计
1建筑钢结构
1.1钢结构的材料优势
钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的。和混凝土等其它材料的结构相比，钢结构具有诸多优势。首先，钢材的强度高，塑性和韧性好。强度高使其适用于跨度大或荷载很大的构件和结构，而塑性和韧性好使这些结构对动力荷载的适应性较强，不会轻易因超载而突然断裂。钢结构还具有良好的吸能能力和延性，这赋予了钢结构优越的抗震性能。其次，钢材内部组织接近于匀质和各向同性，在一定的应力幅度内钢材的反应几乎是完全弹性的，加之冶炼和轧制过程中材质波动的范围小，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合，有助于提供设计施工的精确性。第三，钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢制造而成，成材加工且所用材料单纯，因此制造简便。其次，与混凝土相比，尽管钢材的密度更大，但其强度与密度之比要比混凝土大得多，因此如果以钢材代替混凝土来实现同样的跨度承受同样荷载，所用钢材的重量仅为混凝土屋架的1/3到1/4，由于较轻而更方便吊装和运输。
1.2钢结构在建筑上的应用优势。
钢结构所具备的上述特点使其在建筑应用上具有砖混结构、混凝土结构所没有的独特优势。首先，钢结构自重轻，且延性好，因此所建建筑的抗震性能优良，因其总质量小，地震力效应相应也小，而其良好的延性也能对地震效应起到缓冲作用。混凝土施工时管道一般需要在梁底通过，这样会占用较大空间，使楼层净高减少。而使用钢结构可在梁腹板处开孔走管道，因此建造相同的楼层高度，采用钢结构可达到提高层间净高的效果。此外，与传统结构需要“肥梁胖柱”才能建造较大开间相比，由于钢结构轻质高强，因此可以简单实现大跨与复杂几何结构，创造开放式住宅。其次，钢结构建筑还有其地域应用优势。如钢结构施工速度快，对于冬季较长不利于施工的西部地区而言其优势明显，在保证工期和施工质量的同时还可以减少因冬季施工所带来的温度等方面的问题。北方地区住宅冬季需要室内采暖，部分地区采暖期长达半年。因此对外墙的保温措施要求较高。与传统的砖墙相比，钢结构住宅的墙体通过选用相应配套的板材而保证具有较好的保温性能，满足用户居住需求，同时也有助于促进建筑节能。
2建筑钢结构的稳定性设计分析
2.1关于稳定性设计
因为钢结构构件强度无法达到标准，且容易出现失稳现象，进而破坏建筑结构。在这里的稳定与强度并不是同一个范畴的概念，强度指的是应力方面的问题[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆具体而言，就是指处于平衡稳定状态下的单个构件或整个钢结构，承受荷载时其最大应力是否已经比建筑材料最大的强度更大，其极限强度为钢结构的屈服点；稳定则是指变形方面的问题，钢结构当中的构件内部所承受的抵抗力与外部所承受的荷载两者是不平衡的，稳定性设计的关键在于在不平衡的受力当中，寻在一个相对平衡的契合点，以避免钢结构发生急剧变形，造成失稳，进而破坏建筑结构。
2.2稳定性设计所应坚持的原则与设计要点
在设计钢结构时，应综合考虑建筑具体实际情况以及在使用建筑过程中的要求，使设计完成的钢结构刚度、强度以及稳定性能都能符合标准。设计时，应在满足稳定性与强度要求的前提下，尽量节约钢材。减少使用钢材的目的在于将结构本身所具有重量减小，从而在出现较大负荷时，能够有效承载；在施工中，尽量缩短制造时间以及安装时间，从而便于维护以及运输钢结构，使总成本得以降低。此外，设计完成的钢结构应具备一定程度的审美价值，特别是在设计外露结构时，应注意结合建筑美学标准。
在设计钢结构时，要使其具备充足稳定性，则应注意以下设计要点。第一，在布置建筑钢结构的形式时，需要综合考量钢结构当中不同组成部分所要求的稳定性以及建筑整体性能等多项内容。目前在我国设计钢结构的稳定形式时，通常将平面体系范围作为设计的出发点，例如框架结构；所以在计算钢结构平面稳定的设计值时，应确保其与计算结构构件布置的方法相同，例如在计算前者时，应考虑到是否增加计算支撑构件受力强度等。第二，实际计算时的计算方法所依据的稳定设计简图应与计算结构稳定性水平所依据的简图保持一致。在一般情况下，分析框架所具有的稳定性水平以及分析框架结构的工作都比较粗糙，部分建筑工程甚至不进行该项工作，仅仅是计算框架柱设计时的稳定值[4]。因为计算杆件稳定值时所依据的模型，均为假设模型或简化模型，所以为了确保计算钢结构的稳定值符合要求，则应使计算方法所依据的稳定设计简图应与计算结构稳定性水平所依据的简图保持相同。
2.3稳定性设计的过程中不应忽视的问题
在设计住宅的钢结构时，应注意钢结构类型的住宅分为多层住宅与低层住宅两种，别墅为低层住宅，而公寓则为多层住宅。相关标准中提出，钢结构类型的住宅宜控制在12层以下，以满足抗压以及抗震要求。布置钢结构时的规则性会对住宅建成后的抗震性能造成影响，所以，在布置钢结构平面时，应尽量做到对称与规则，避免在出现地震时，遭到较大的破坏。
当前，计算机设计软件技术得到了较快的发展，因此，可以在设计钢结构时，应用计算机作为辅助工具，并在计算机的帮助下完成整体稳定以及平面构件强度的计算；设计人员则只需计算结构稳定水平以及结构强度[5]。因此计算机的介入使得稳定性设计过程变得相对方便，工作效率也得以提高。
要使钢构件受弯部分的板件维持在稳定状态，则可以采用以下方法。其一，对板件的厚度与宽度的比值进行控制，从而使板件在屈曲时承载的能力达到极限，避免在钢构件出现整体失效之前，板件就已经出现了屈曲现象，其二，如钢构件出现整体失效之前，板件就已经发生了屈曲现象，则应利用屈曲强度来增强构件承载的能力。
对翼缘板的厚度与其外伸自由宽度两者的比值加以控制，或对腹板的厚度与其计算高度两者的比值加以控制，都能够有效维护压弯构件以及受压轴心构件的稳定；当钢结构中的受力构件是一种圆管截面时，那么就应对其壁厚与外径之比进行控制。
结束语：在工程建筑的过程中，为了保证建筑的稳定性，必须根据工程建筑的实际情况进行选择，因为钢结构具有的众多优点，因此在工程建筑的过程中，应该尽可能的发挥钢结构的积极作用，重视钢建筑的稳定性设计，同时在建筑的过程中应及时规避缺点，保证工程建筑的质量，只有这样才能保证我国建筑行业的可持续发展。
参考文献：
[1]宋统战.坚定信心转型升级降本增利面对"十二五"向世界钢管强国迈进--中国钢结构协会钢管分会理事长严泽生在钢管分会五届五次理事（扩大）会议上的讲话（节选）[J].钢管，2013（11）.
[2]夏道伟，陈淑鹏.钢结构建筑成为绿色建筑的发展方向[J].新建设（现代物业上旬刊），2013（11）.
[3]汪忆.水晶体续写钢构施工传奇--中建五局北京公司大同图书馆项目施工纪实[J].建筑，2013（24）.
论文作者:王腾飞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/6
标签：钢结构论文; 建筑论文; 稳定性论文; 稳定论文; 构件论文; 结构论文; 强度论文; 《防护工程》2017年第28期论文;